专利名称：一种摄像机内参数调整的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电视节目制作的技术领域，特别是涉及一种摄像机内参数调整的方法及一种摄像机内参数调整的装置。
背景技术：
摄像机定标的基本目的就是建立起真实空间中的三维世界坐标与图像空间中的二维像素坐标之间的映射关系。这种映射关系是由摄像机成像的几何模型决定的，确定这些几何模型相关参数的过程就称为摄像机定标。这种映射关系，取决于摄像机的外参数和内参数。其中，内参数反映了摄像机本身的光学特性，具体包括摄像机的焦距，主点和镜头畸变系数等。外参数反映了摄像机与拍摄景物的相对位置关系，具体包括摄像机的旋转矩阵，位移矢量。确定了摄像机的内外参数， 也就建立起了空间中的任意点和其在图像上的成像点之间的对应关系，即完成了摄像机定标的过程。目前，摄像机定标技术被广泛用于电视节目的制作中，以增加节目的生动性和交互性，满足电视观众不断提高的欣赏口味。例如，在体育比赛电视转播中插入三维动画。现有技术中，为了在电视画面中的预定位置插入三维动画，并保持虚拟物体与实景图像的位置匹配关系，在体育转播前，需要在实验室中通过定标实验预先测定摄像机内参数随变焦参数变化的曲线。然而，由于实验室的场地限制，定标标志板和摄像机镜头的距离有限，而实际比赛中，摄像机和拍摄景物之间的距离要远得多。因此，实验室中的摄像机和实际体育转播中的摄像机往往工作在不同的聚焦参数下，在这种情况下，实验室条件下标定的摄像机内参数不能准确地反映在体育转播中摄像机的光学特性，会导致插入的虚拟物体和真实场景无法正确对齐，从而影响转播画面的真实感。因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新地提出一种当摄像机聚焦参数发生变化时的摄像机内参数调整方案，以保证虚拟物体与真实场景相匹配，提高电视节目播出画面的真实感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种摄像机内参数调整的方法，以保证当摄像机的聚焦参数发生改变时，摄像机的内参数能够正确反映摄像机的光学特性，从而使虚拟物体与真实场景相匹配，提高电视节目播出画面的真实感。为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种摄像机内参数调整的方法，包括获得预置变焦参数下的摄像机内参数矩阵；采集当前摄像机拍摄的预定场景的基准图像，并计算所述基准图像的点单应矩阵；依据所述摄像机内参数矩阵以及点单应矩阵，计算当前摄像机的外参数矩阵；
改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景的参考图像，依据实际场景中的特征几何信息在参考图像上的投影信息确定预置补偿矩阵中的补偿系数； 将具有补偿系数的补偿矩阵代入所述摄像机内参数矩阵和阵中，获得最终的摄像机内参数矩阵和/或摄像机外参数矩阵。
或摄像机外参数矩优选的，所述确定预置补偿矩阵中补偿系数的步骤包括 预置补偿矩阵；改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的一幅参考图像；依据当前角度和补偿矩阵生成当前参考图像的摄像机投影矩阵； 选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征
几何信息投影到当前参考图像中，获得调整的补偿系数。优选的，所述确定预置补偿矩阵中补偿系数的步骤包括 预置补偿矩阵；改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的多幅参考图像； 分别依据当前角度和补偿矩阵生成相应参考图像的摄像机投影矩阵； 选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征
几何信息投影到当前参考图像中，计算所述投影点与实际成像点之间的距离将所述距离值的平方和作为补偿系数的优化准则，获得最终的优化补偿系数。 优选的，所述特征几何信息为特征角点；所述摄像机的改变角度为平摇角度或俯
仰角度。优选的，所述预置的补偿矩阵S为
权利要求
1.一种摄像机内参数调整的方法，其特征在于，包括 获得预置变焦参数下的摄像机内参数矩阵；采集当前摄像机拍摄的预定场景的基准图像，并计算所述基准图像的点单应矩阵； 依据所述摄像机内参数矩阵以及点单应矩阵，计算当前摄像机的外参数矩阵； 改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景的参考图像，依据实际场景中的特征几何信息在参考图像上的投影信息确定预置补偿矩阵中的补偿系数；将具有补偿系数的补偿矩阵代入所述摄像机内参数矩阵和/或摄像机外参数矩阵中， 获得最终的摄像机内参数矩阵和/或摄像机外参数矩阵。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定预置补偿矩阵中补偿系数的步骤包括预置补偿矩阵；改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的一幅参考图像； 依据当前角度和补偿矩阵生成当前参考图像的摄像机投影矩阵； 选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征几何信息投影到当前参考图像中，获得调整的补偿系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定预置补偿矩阵中补偿系数的步骤包括预置补偿矩阵；改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的多幅参考图像； 分别依据当前角度和补偿矩阵生成相应参考图像的摄像机投影矩阵； 选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征几何信息投影到当前参考图像中，计算所述投影点与实际成像点之间的距离；将所述距离值的平方和作为补偿系数的优化准则，获得最终的优化补偿系数。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述特征几何信息为特征角点；所述摄像机的改变角度为平摇角度或俯仰角度。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预置的补偿矩阵S为 fk 0 0]S:k 0其中，k为补偿系数；所述参考图像的摄像机投影矩阵P为P = A · S · R · S-1 · M ；其中，A为摄像机内参数矩阵，A0 Unf,Vn；R为旋转矩阵，对于平摇θ角度，R = Ry(P) =cos 汐 0 sin^0 10-sin0 0 cos θ；对于俯仰θ角度，
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预置的补偿矩阵S为
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终获取的摄像机内参数矩阵为
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点单应矩阵通过所述基准图像实际平面上的已知几何信息与图像平面之间的投影映射关系获得。
9.一种摄像机内参数调整的装置，其特征在于，包括初始内参矩阵获取单元，用于获得预置变焦参数下的摄像机内参数矩阵；基准图像采集计算单元，用于采集当前摄像机拍摄的预定场景的基准图像，并计算所述基准图像的点单应矩阵；初始外参矩阵计算单元，用于依据所述摄像机内参数矩阵以及点单应矩阵，计算当前摄像机的外参数矩阵；变焦补偿单元，用于改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景的参考图像，依据实际场景中的特征几何信息在参考图像上的投影信息确定预置补偿矩阵中的补偿系数；最终定标单元，用于将具有补偿系数的补偿矩阵代入所述摄像机内参数矩阵和/或摄像机外参数矩阵中，获得最终的摄像机内参数矩阵和/或摄像机外参数矩阵。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述变焦补偿单元包括补偿矩阵预定义子单元，用于预置补偿矩阵；参考图像第一获取子单元，用于改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的一幅参考图像；图像投影矩阵生成子单元，用于依据当前角度和补偿矩阵生成当前参考图像的摄像机投影矩阵；补偿系数调整子单元，用于选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征几何信息投影到当前参考图像中，获得调整的补偿系数。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述变焦补偿单元包括补偿矩阵预定义子单元，用于预置补偿矩阵；参考图像第二获取子单元，用于改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景不同角度的多幅参考图像；图像投影矩阵生成子单元，用于分别依据当前角度和补偿矩阵生成相应参考图像的摄像机投影矩阵；距离计算子单元，用于选取所述预定场景中的特征几何信息，并依据所述摄像机投影矩阵将相应的特征几何信息投影到当前参考图像中，计算所述投影点与实际成像点之间的距离；优化子单元，用于将所述距离值的平方和作为补偿系数的优化准则，获得最终的优化补偿系数。
12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述特征几何信息为特征角点；所
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预置的补偿矩阵S为
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述预置的补偿矩阵S为
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述最终获取的摄像机内参数矩阵为\0 U0k00A0 ='0fy V00k000 1001所述最终获取的摄像机外参数矩阵为
全文摘要
本发明公开了一种摄像机内参数调整的方法，包括获得预置变焦参数下的摄像机内参数矩阵；采集当前摄像机拍摄的预定场景的基准图像，并计算所述基准图像的点单应矩阵；依据所述摄像机内参数矩阵以及点单应矩阵，计算当前摄像机的外参数矩阵；改变所述摄像机的拍摄角度拍摄预定场景的参考图像，依据实际场景中的特征几何信息在参考图像上的投影信息确定预置补偿矩阵中的补偿系数；将具有补偿系数的补偿矩阵代入所述摄像机内参数矩阵中，获得最终的摄像机内参数矩阵。本发明可以保证当摄像机的聚焦参数发生改变时，摄像机的内参数能够正确反映摄像机的光学特性，从而使虚拟物体与真实场景相匹配，提高电视节目播出画面的真实感。
文档编号G06T7/00GK102201117SQ201010135128
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者付萍, 刘剑秋 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司